【博科园-科学科普】
艺术概念图展现了迄今为止发现的最遥远的超大黑洞。它是宇宙大爆炸后仅仅6.9亿年类星体的一部分。图片版权：Robin Dienel/Carnegie Institution for Science
天文学家和宇宙学家都知道，观测到宇宙的距离越远，所看到的时间就越早。天文学家能够观测到的大爆炸发生在138亿年前，更有趣的发现往往会变得更有趣。正是这些发现告诉我们，宇宙最早的时期及其随后的演变。
例如，科学家们使用广域红外探测器(WISE)和麦哲伦望远镜(Magellan望远镜)最近观察到最早的超大质量黑洞(SMBH)。根据发现小组的研究，这个黑洞大约是太阳质量的8亿倍，距离地球130亿光年。这使它成为迄今为止观察到的最遥远、最年轻的SMBH（超大质量黑洞）。
这项研究的标题是《一个800万倍太阳质量的黑洞，在一个显著中性的宇宙中，以7.5的红移》最近发表在《自然》杂志上。由卡内基科学研究所(Carnegie Institution for Science)研究员爱德华多·巴多斯(Eduardo Banados)领导的团队成员包括NASA喷气推进实验室的成员、马克斯·普朗克天文研究所(Max Planck Institute for天文学)、卡维里天文研究所(Kavli Institute for天文学)和天体物理研究所(Las Cumbres Observatory)以及多所大学。
ULAS J1120+ 0641的概念图，这是一个非常遥远的类星体，由黑洞“驱动”，质量是太阳的20亿倍。图片版权：ESO/M. Kornmesser
和其他的SMBHs（超大质量黑洞）一样，这个特殊的发现(指定的ULAS J1120+ 0641)是一个类星体，它是一个超亮的物体，由一个巨大星系中心的黑洞吸积物质组成。该物体是在对远距离物体进行的一项调查过程中发现的，它将WISE任务的红外数据与地面观测调查结合在一起。随后，该团队对来自智利卡内基天文台的麦哲伦望远镜的数据进行了跟踪研究。
与所有遥远的宇宙物体一样，ULAS J1120+ 0641的距离是通过测量它的红移来确定的。通过测量一个物体的光的波长在到达地球之前被宇宙膨胀所拉伸的程度，天文学家就能够确定它到达地球的路程有多远。在这种情况下，类星体的红移值为7.54，这意味着它花了超过130亿年的时间才到达我们。
这种巨大的距离使这些物体从地球上看时极其微弱。早期的类星体在天空中也很少见。尽管进行了广泛的搜索，但目前只有一个类星体以比7更大的红移存在。
考虑到它的年龄和质量，这个类星体的发现对研究小组来说是一个相当大的惊喜。正如NASA喷气推进实验室的天体物理学家丹尼尔·斯特恩(Daniel Stern)在NASA的一份新闻稿中指出的那样：这个黑洞比我们预想的要大得多，在大爆炸之后的6亿9千万年间，这对我们关于黑洞如何形成的理论提出了挑战。
插图显示了宇宙的演化，从左边的大爆炸到现代的右边。图片版权：NASA
从本质上来说，这个类星体存在于宇宙刚诞生6亿年后，宇宙学家称之为“黑暗时代”。在大爆炸后约38万年到1.5亿年的这段时间里，宇宙中的大多数光子与电子和质子相互作用。因此，这一时期的辐射是我们目前的仪器无法探测到的，因此得名。
宇宙一直处于这个状态，没有任何发光的来源，直到引力凝聚到第一个恒星和星系中。这一时期被称为“再化时代”，在大爆炸后的1.5亿年到10亿年的时间里，形成了第一批恒星、星系和类星体。它之所以得名是因为这些古老星系释放的能量导致了宇宙中中性的氢变得活跃和电离。
一旦宇宙被再电离化，光子就可以自由地在太空中旅行，宇宙也正式变得透明。这就是为什么这个类星体的发现如此有趣。正如研究小组所观察到的，它周围的大部分氢都是中性的，这意味着它不仅是迄今为止观测到的最遥远的类星体，而且是在宇宙被再电离化之前存在的类星体的唯一例子。
换句话说，ULAS J1120+ 0641在宇宙的一个主要的过渡时期存在，这恰好是当前天体物理学的前沿之一。好像这还不够，这个团队也被这个物体的质量所迷惑。在宇宙的早期，黑洞要变得如此巨大，必须有特殊的条件才能实现如此快速的增长。
大爆炸后10亿年，氢原子被神秘地撕裂成一种离子汤。图片版权：NASA/ESA/A. Felid (STScI)).
然而，这些条件仍然是个谜。无论如何，这个新发现的SMBH（超大质量黑洞）似乎正在以惊人的速度消耗星系中心的物质。虽然它的发现提出了许多问题，但预计未来望远镜的部署将揭示更多关于类星体及其宇宙学时期的信息。
有了几个下一代，甚至更敏感的设备正在建设中，可以期待未来几年在地球上有许多令人兴奋的发现。
这些下一代任务包括欧洲航天局的欧几里得任务和NASA的广域红外测量望远镜(WFIRST)。欧几里得将研究过去100亿年的物体，以测量暗能量对宇宙演化的影响，WFIRST将进行广域近红外测量，以测量来自10亿个星系的光。
这两项任务预计都将显示更多像ULAS J1120+ 0641这样的物体。目前，科学家们预测，在天空中只有20到100个类星体是明亮和遥远的，就像ULAS J1120+ 0641一样。因此他们对这一发现非常满意，这一发现预计将为我们提供关于宇宙的基本信息，当时它只占其当前年龄的5%。
知识：科学无国界，博科园-科学科普
参考：NASA, Carnegie Science, Nature
